3-я танковая группа Гота ударила из района севернее Духовщины и совместно с пехотными дивизиями 9-й полевой армии Штрауса повела наступление на Сычёвку, явно угрожая правому флангу 19-й армии Лукина, внезапно оказавшемуся открытым. Танковый клин начал охватывать Вязьму с севера, а затем, оттеснив и частично смяв войска 30-й армии Хоменко, и с северо-востока.

Исследователи вяземской катастрофы 1941 года говорят о том, что в полосе прорыва шириной до 16 километров удар наносила группировка, состоявшая из восьми дивизий. На их пути оказались 162-я стрелковая дивизия и примыкавшие к ней справа и слева два стрелковых полка.

Одновременно были атакованы порядки Резервного фронта на участке, прилегающем к Варшавскому шоссе. 4-я танковая группа при поддержке пехотных частей 4-й полевой армии, прорвав оборону войск маршала Будённого, вышла на шоссе. Часть сил ринулась к Юхнову, а часть начала загибать основание клина в сторону Спас-Деменска, охватывая Вязьму и всю группировку находившихся здесь войск с юга и юго-востока. Возникла реальная угроза окружения основных сил Западного и Резервного фронтов. Немецкий историк Пауль Карель в одной из своих книг, посвященных походу Гитлера на Москву, об этом наступлении не без восхищения сказал: «Это был, наверное, самый выверенный план за всё время войны, и всё в нём работало как часы».

С атакованных участков командармы сообщали о прорыве и попытках латания брешей резервами и усиленным огнём артиллерии. С каждым часом положение становилось всё хуже.

19-я армия. Лукин сообщает о том, что обозначился прорыв на его правом фланге, на стыке с 30-й армией. Принял меры по воспрещению охвата своего правого крыла, оказавшегося оголённым. Перебрасывает резервные части и артиллерию со слабо атакованных участков. «Связи с 30-й армией не имею».

30-я армия. Хоменко докладывает: противник силой до двух пехотных полков при поддержке большого количества танков и до 120 самолётов прорвал оборону 162-й и 242-й стрелковых дивизий. Полки дерутся изолированно. Противник наносит бомбовые удары по городу Белый и железнодорожной станции Канютино. «Прошу помочь авиацией фронта».

В 18.00 три группы пикирующих бомбардировщиков по 14—16 машин нанесли удар по командному пункту Конева в Касне. В налёте также участвовали бомбардировщики Ю-88, они сбросили несколько бомб весом в тонну каждая. Одной из таких бомб разнесло в щепки здание, в котором располагался оперативный отдел, управление ВВС фронта и шифровальное отделение. Десятки убитых и раненых. Среди погибших 20 офицеров штаба, из них три полковника.

Третьего октября по приказу Конева Лукин (19-я армия) и Ершаков (20-я армия) контратаковали частью своих сил в направлении Сафоново и Красный Холм.

16-я армия. Рокоссовский сообщает, что его дивизии продолжают удерживать район Минского шоссе. Противник контратакован и отброшен на исходные. «Перед фронтом армии противник имел свыше двух пд в первом и до восьми пд и двух тд во втором».

Рокоссовский твердил об этих танковых и пехотных дивизиях второго эшелона из сводки в сводку, и эти бодрые, победные данные сбивали с толку штаб фронта. Главный же удар противник развивал севернее автострады, в районе Холм-Жирковского. На фронте 16-й армии немцы лишь демонстрировали наступление, сковывая силы с расчётом, что противник не осмелится ослабить этот участок и перебросить часть войск в район прорыва. В своих мемуарах маршал Рокоссовский довольно сдержанно рассказывает об этих боях. Основное место в воспоминаниях о вяземской истории занимают описания того, как управление 16-й армии, получив приказ Конева, плутало по окрестностям Вязьмы, потом едва не попало под огонь немецких танков в самой Вязьме, а затем с боями пробивалось к Можайску.

Сведения, поступавшие от командармов, складывались в довольно противоречивую картину. Наметился явный прорыв в направлении на Белый и на станцию Канютино. Но одновременно Рокоссовский настаивает на том, что вдоль Минского шоссе противник накопил во втором эшелоне огромное количество войск, и их состав и конфигурация построения свидетельствуют в пользу того, что это и есть главная ударная группировка.

Противоречивость сведений, неясность ситуации, а также, возможно, нерешительность комфронта способствовали тому, что вскоре поправлять положение оказалось почти невозможным.

Фронтовые резервы по-прежнему находились в районах сосредоточения близ Вязьмы. «Судя по всему, — пишет в своей книге «Вяземская катастрофа 41-го года» историк Лев Лопуховский, — окончательно командующий Западным фронтом определился в обстановке лишь в ночь на 3 октября и в соответствии с планом операции принял решение на контрудар. К этому времени обстановка на канютинском направлении ухудшилась. Наша авиация обнаружила колонну противника глубиной 20 км головой у Крутицы — уже в 42 км от переднего края».

Никакой армии, никаких войск во втором эшелоне на этом направлении не оказалось.

Утром 3 октября в 5.00 в штабы 19-й и 30-й армий ушёл приказ, согласно которому объединённая группировка этих двух армий, стык которых проломило бронированное копьё «Тайфуна», должна была произвести частичную перегруппировку и контратаковать прорвавшегося противника. Основная роль в намечавшемся контрударе возлагалась на фронтовой резерв, сведённый в объединённую группировку. Командование этой группировкой Конев возложил на своего заместителя генерал-лейтенанта И.В. Болдина.

Болдина он спас месяц назад, когда тот выводил из окружения свою группу, пробираясь к Смоленску от самой границы. Теперь он, герой приказа № 270, ходил у него в заместителях. 11 августа, говорилось в приказе, подписанном Сталиным, «генерал-лейтенант Болдин ударил немцев с тыла, прорвал немецкий фронт и, соединившись с нашими войсками, вывел из окружения вооружённых 1654 красноармейца и командира, из них 103 раненых». На самом деле, как мы помним, всё обстояло не совсем так. Но теперь они были рядом, два генерала, на которых Ставка и судьба возложили огромную ответственность за судьбу фронта, Москвы и России. И теперь Болдин должен был спасти фронт.

Ударная группа состояла из одной стрелковой, одной кавалерийской и одной мотострелковой дивизии (69 танков), а также трёх бригад, в которых насчитывалось 172 танка. Удар оперативной группы генерала Болдина должны были поддерживать войска 30-й армии.

Из донесений генерала Болдина, сохранившихся в архиве Министерства обороны РФ, видно, что наше командование, к сожалению, даже к исходу 3 октября не имело представления, насколько серьёзная угроза нависла над войсками и судьбой фронта. Болдин доносил в штаб фронта о «танковых группах силами 15 и 40 танков», прорвавших оборону 30-й армии и вышедших в район севернее Вязьмы. Реальность была стократ (в буквальном смысле этого слова и этого числа) страшнее.

Части оперативной группы Болдина не смогли сосредоточиться для согласованного удара, а потому, выдвигаясь навстречу противнику, вступали в бой по мере соприкосновения с ним, то есть разрозненно, «пачками». К тому же опергруппа не располагала достаточным количеством противотанковой и зенитной артиллерии. Действовать пришлось одновременно на двух направлениях.